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盘点近期航空航天3D打印领域热点

OFweek 3D打印网 2016-04-25 08:54:04

[导读] 航空航天一直是国防领域的重要支柱产业之一,是一个国家综合科技实力强弱的标志。而3D打印的横空出世,令航空航天工业如虎添翼,加速了产业发展。从此告别了高昂的研发和设计成本,极大地节约了产品开发成型到正式应用的时间。据悉,在欧美等发达国家,增材制造技术已经日渐成为航空航天领域的一把“利剑”,在飞机引擎部件的设计及制造、卫星部件的打印以及无人机、洲际导弹和火箭等诸多应用领域发挥着巨大的作用。下面,就让我们来一起追踪近期增材制造技术在航空航天领域的发展新动态!

航空航天一直是国防领域的重要支柱产业之一,是一个国家综合科技实力强弱的标志。而3D打印的横空出世,令航空航天工业如虎添翼,加速了产业发展。从此告别了高昂的研发和设计成本,极大地节约了产品开发成型到正式应用的时间。据悉,在欧美等发达国家,增材制造技术已经日渐成为航空航天领域的一把“利剑”,在飞机引擎部件的设计及制造、卫星部件的打印以及无人机、洲际导弹和火箭等诸多应用领域发挥着巨大的作用。下面,就让我们来一起追踪近期增材制造技术在航空航天领域的发展新动态!

真正的飞机引擎:莫纳什3D打印新突破!

莫纳什大学(Monash UNIversity)和其衍生公司Amaero Engierring工程公司近日联手打造出喷气机引擎零件,引发了空中客车公司(Airbus)、波音公司(Boeing)和美国国防合约商雷神公司(Raytheon)的关注。这一突破令工程师能够在几天内测试飞机零件,而不用再像从前那样花上几个月。

在过去,飞机零件需要经过融化、制模、镶刻等一系列繁复工程才能制出成品,而如今我们可以很快地做出成品。而3D打印技术的真正意义在于可以快速、大批量地生产样机。不仅如此,它还有能力去订制一些结构更加复杂的零件,这用传统的工程科技是无法实现的。因此,法国航天行业以及赛峰(Safran)、微型涡轮(Microturbo)、空中巴士等大公司都争相希望与莫纳什大学及澳洲企业共事。而这项研发始于两年前,当时法国航天公司赛峰交给莫纳什大学一些旧飞机引擎,希望能够制造出一些模型副本。

俄发射首颗3D打印立方体卫星

俄罗斯发射了首个3D打印的立方体卫星(CubeSat)Tomsk-TPU-120前往国际空间站。据俄新社称,这个是一个标准的立方体卫星,外形方方正正,尺寸为300×100×100毫米。该卫星拥有一颗研究卫星的所有基本功能,并将会在未来的6个月内绕地球飞行。这是第一个使用3D打印技术建造的太空探测器。该技术的进一步发展最终将实现这些小型卫星的大规模生产。

目前,太空专家们已经将3D打印看作一种可以充分发挥立方体卫星全部潜力的方法。可以预见,立方体卫星的数量在未来可能会出现爆发性增长。据了解,这颗卫星的外壳是使用经俄罗斯宇航局(ROSCOSMOS)批准的材料3D打印而成的。它的大部分部件都是塑料材料打印而成的。除此之外,其电池组的外壳也是用氧化锆陶瓷材料3D打印而成的,这也是世界首次。TPU的科学家称,使用陶瓷外壳主要是为了保护电池不受太空中温度变化的伤害,该陶瓷材料能够将电池维持在最佳温度,从而延长其寿命。据悉,TPU的这颗卫星的主要任务是为了测试太空材料科学的一项新技术以及该大学与其合作伙伴的一系列开发成果。

除此之外,该3D打印卫星的内部安装了各种传感器来记录电路板、外壳、电池的温度以及电子数据。这些数据将会实时传送到地球。地面上的科学家们将会据此分析材料的状况,并决定是否会在未来的航天器制造中使用这些材料。值得一提的是,2016年的5月份正值TPU庆祝其成立120周年,为此,该校的学生们还特地录制了包括10种语言的问候语,通过该卫星向地球居民传送,这10种语言包括:俄语、英语、德语、法语、汉语、阿拉伯语、鞑靼语、印度语、哈萨克语和葡萄牙语等。该问候信号将以437.025 mhz的频率每分钟播放一次。

世界首架3D打印铝制FPV竞速无人机 时速90迈

随着无人机技术的日渐普及,一种有趣的活动也开始兴起,那就是比赛谁飞得更快的无人机竞速运动。今年1月份,来自德国柏林的一家名为Arrow Dron的初创企业就制造出了一系列使用3D打印部件的FPV(第一人称视角)竞速无人机,这些无人机最快的号称时速可达150公里。

而在不久前,澳洲又有一家公司Fusion Imaging在知名在线3D打印服务平台Shapeways的帮助下使用铝质材料3D打印出了一家无人机,其飞行时速接近90英里(144公里)每小时。尽管在速度指标上稍逊一筹,但是该公司设计师称,这家无人机是直接用铝质材料打印而成的。众所周知,铝是一种在航空领域非常受欢迎的金属材料,它的重量像塑料那样轻,但是强度却高得多。据了解,Shapeways在这次制造中使用了直接金属激光熔融(DMLS)工艺用激光逐层熔化铝质粉末而成,因此该无人机在机械指标上要高于一般的3D打印无人机。

这架强大的无人机的动力输出主要依赖于Lumenier 2206电机,其3D打印的铝金属臂非常轻盈,不仅起到了保护电线和电池的作用,而且散热性能也非常好。铝材在震动这方面表现得非常出色。从某种角度看,它比碳纤维更好。在快速运动过程中,它产生的螺旋桨涡流要少得多。由于使用了铝质材料,其轻盈、高强度、耐高温的机身框架使这架无人机在首次试飞中就达到了每小时90英里的速度,显然稍加改进之后还有很大的提升空间。这使Fusion Imaging团队倍受鼓舞。

洛克希德成功完成洲际导弹3D打印部件测试

日前,军工巨头洛克希德·马丁公司宣布:2016年3月14日至16日,该公司对其首个用在弹道导弹上面的3D打印部件进行了测试发射,这次测试发射总共使用了三枚三叉戟II D5舰队弹道导弹,并从大西洋水下的战略核潜艇上发射升空。这次测试的3D打印部件是一个“连接器后壳”,它主要装在电缆连接器上面以保护它们免受伤害或者意外断开。

据了解,这件仅有1英寸(2.5厘米)宽的连接器后壳在3D打印时,先由3D打印机在打印床上铺设一层薄薄的铝合金粉末,然后高温的激光或电子束在计算机的引导下融化指定区域的粉末,然后机器又铺上了另外一层粉末,这个过程不断重复,直至3D对象被打印完成为止。在此之后,所需要做的就是吹去多余的粉末,并进行平滑处理和抛光。洛克希德公司称,3D打印技术可以减少材料浪费,而且生产周期与常规方法相比被缩减了一半。

3D打印”的阿特拉斯V火箭发射成功

3月25日,阿特拉斯V火箭从著名的卡纳维拉尔角成功发射升空了。这次发射任务在几天前就吸引了无数人的目光,因为它会将价值数十亿美元的天鹅座飞船,以及船上的又一台太空3D打印机送到国际空间站。不过除此之外,火箭本身也十分值得关注,因为它上面安装了一系列3D打印的部件,而且要注意,这些部件是由塑料制成的。

据了解,这些3D打印部件属于火箭有效载荷整流罩中的管道系统,包括支架、喷嘴和面板等结构,它们都不需要在发射时经受上千度高温的炙烤。这些火箭部件全部是美国联合发射联盟公司(ULA)使用3D打印巨头Stratasys的大型3D打印机Fortus 900mc,以热塑性塑料ULTEM 9085制造的。这种材料具有很强的高温机械性能,所以能够经受住火箭发射时的苛刻环境。

ULA表示,之所以没有采用传统制造工艺是因为3D打印技术成本更低,同时也更加快速灵活。另外,这些部件原来其实是金属的,现在以ULTEM取代就可以明显减轻火箭的重量,虽然从数字上来看只是一点点,但却可以每年为他们节省高达100万美元的成本。很高兴能看到3D打印又一次在航天领域发挥了重要作用。考虑到目前,其它的重量级航天机构,比如美国宇航局、欧洲航天局,SpaceX公司等都在积极采用3D打印技术,以及整个3D打印产业极快的发展速度,也许人类的宇航事业将会迎来一个全新的发展高峰。

空客3D打印燃料喷嘴正式投入使用

这是3D打印史上的一个里程碑,本月早些时候,欧洲飞机制造商空客公司收到了他们的下一代空中客车A320neo客机的LEAP-1A发动机,这是他们正式将使用3D打印的合金燃料喷嘴用于飞机引擎上。这些3D打印的部件在LEAP-1A发动机上最显著的特征是降低碳排放水平,同时还能节省约百分之15以上的燃料,而发动机本身是由CFM国际公司开发。

这并不是空中客车第一次使用3D打印的部件在飞机上,在一年前,该公司透露,A350 XWB的1000多个3D打印部件由Stratasys公司的3D打印制作的,但这次最具创新性的发动机是空中客车正式用于商业飞行。使用3D打印合金燃料喷嘴让各种耐热陶瓷复合材料部件的LEAP-1A发动机节约百分之15甚至更多的燃料,比其他CFM公司的引擎更高效。同时它比其他飞机发动机产生更少的发动机噪声和有害气体排放。

该发动机本身已交付,并已被广泛测试。据了解,第一次试飞是在2015年举行的,使用空客A320neo,其他几次试飞是2015年9月和2016年2月。到目前为止,这三架飞机已经通过285多个航班和800个小时的飞行测试。它的开发者,CFM国际公司,是斯奈克玛公司(赛峰集团)和GE合资生产的。现在,已有超过50家公司从CFM公司购买引擎,总价值超1450亿美元,而LEAP-1A发动机主要用于单通道客机。据空中客车公司称,这是迄今为止规模最大、增长最快的航空市场之一,预计将有2034架新客机使用LEAP-1A发动机。因此,未来的航空工业市场中,LEAP-1A发动机增长潜力巨大。

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